Matériel : Ordinateur, table à digitaliser, imprimante, solide

I-  Étude Préliminaire.

1)- Mise en évidence.

-  Considérons un train de voyageurs en mouvement. 

- Dans un compartiment C, un voyageur V₁ est assis et un voyageur  V₂ se déplace dans le couloir pour rejoindre son compartiment. 

- Sur le quai Q de la gare un observateur O₁ est assis sur un banc et observe le train partir.

-  Figure 1 :

-  Construire un tableau à double entrée permettant de répondre à la question : « X est en mouvement par rapport à Y » ou X représente le voyageur V₁, le voyageur V₂, l’observateur O₁, le compartiment C, le quai Q et Y représente le voyageur V₁, le voyageur V₂, l’observateur O₁, le compartiment C, le quai Q.

-  Mettre la lettre «O» dans la case correspondante si la réponse est affirmative, mettre une croix dans le cas contraire. 

- Mettre un point d’interrogation lorsqu’on ne peut pas répondre.

2)- Exploitation des résultats du tableau.

-  Dans le tableau, pour un même objet X, les réponses sont-elles toujours identiques  ? Pourquoi  ?

-  En tenant compte de ces éléments, dans quelles conditions peut-on dire qu‘un objet est en mouvement  ?

-  Comment procède-ton pour affirmer qu’un objet est en mouvement  ?

II- La chute libre.

1)- Définition : un objet est en chute libre lorsqu’il n'est soumis qu’à l’action de son poids.

2)- Expérience 1 :

  Décrire l'expérience. Faire un schéma du dispositif.

-  Indiquer les données de l’expérience :

-  masse du mobile   m =  

-  intervalle de temps   τ =

-  Préciser le référentiel d'étude, le repère d'espace et le repère de temps. Donner les conditions initiales.

-  à partir de l'observation de l'enregistrement, donner les caractéristiques du mouvement du point particulier du solide dont on étudie le mouvement.

-  Donner un ordre de grandeur de la durée de la chute de l’objet.

-  Donner un ordre de grandeur de la hauteur de chute de l’objet.

3)- Expérience 2.

-  On recommence l’expérience dans le compartiment d’un train qui se déplace de 0,5 cm pendant l’intervalle de temps τ. 

- Le train se déplace sur un plan horizontal dans le sens indiquer sur la figure suivante :

  Quelle est la vitesse du train en m / s et en km / h  ?

-  Mouvement du mobile par rapport au compartiment :

  Représenter la trajectoire du mobile pour le voyageur (V₁) assis dans le compartiment.

  Quelles sont les caractéristiques de la trajectoire obtenue  ?

-  Mouvement du mobile par rapport au quai :

  Pour un observateur (O₁) situé sur le quai, que fait le mobile pendant l’intervalle de temps τ? 

  quel est son déplacement horizontal  ? 

  Quel est son déplacement vertical  ?

  Représenter la trajectoire du point particulier du mobile pour un observateur assis sur un banc du quai.

  Quelles sont les caractéristiques de la trajectoire obtenue  ?

  Quelles conclusions peut-on tirer de ses observations  ?

III- Étude complémentaire.

1)- Objectif : déterminer le domaine de validité d’une loi.

  -  En 1604, Galilée formule la loi de la chute libre des corps concernant les espaces franchis par le mouvement naturel.

-  Cette loi consiste à écrire que la hauteur de chute h, en m, est proportionnelle au carré de la durée de chute t, en s.

-  où g est la valeur du coefficient de pesanteur g = 9,8 N.kg ^-1.

2)- Mesures.

-  Mesurer les hauteurs de chute h à partir de l’enregistrement et noter les résultats dans un tableau.

-  En utilisant un tableur ( Excel) ou une calculatrice graphique, proposer une méthode permettant d’analyser les mesures.

-  La loi de Galilée est -elle vérifiée dans cette expérience ?